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蒸汽压

一定外界条件下,液体中的液态分子会蒸发为气态分子,同时气态分子也会撞击液面回归液态。这是单组分系统发生的两相变化,一定时间后,即可达到平衡。平衡时,气态分子含量达到最大值,这些气态分子撞击液体所能产生的压强,简称蒸汽压(vapor pressure)。

蒸汽压反映溶液中有少数能量较大的分子有脱离母体进入空间的倾向,这种倾向也称为逃逸倾向。

蒸汽压不等同于大气压。

在饱和状态时,湿空气中水蒸气分压等于该空气温度下纯水的蒸汽压。

1、液体中能量较高的分子有脱离液面进入气相的倾向(逃逸倾向 escaping tendency),这是产生气态分子的原因,是液体的本性。蒸汽压正是用来衡量这一倾向程度的量,它是液体的自有属性,外界条件(温度、压力)一定,就有确定的数值。 [1] 比如若在密闭容器中装满液体,液体没有空间形成蒸汽,自然也不会对液体产生压力,但蒸汽压作为液体本质属性依然存在,不能说此时液体的蒸汽压为0。

2、蒸汽压本质上是描述单组分体系气液两相平衡时具备的特征,具有热力学上的意义,不能等同动力学量。

3、若将液体放入一真空容器中,当液体系统气液两相平衡时,外压相当于此条件下的液体蒸汽压。可借此模型研究蒸汽压随温度的变化规律及对应关系,可分别利用Clapeyron方程和Antonie公式求解。简单性的结果是蒸汽压会随温度增大而增大。

4、若液体非在真空容器中,而是在惰性气体中,外压不再相当于液体蒸汽压。例如液体置于空气中,且规定空气不溶于液体,此时的外压为大气压力与液体蒸汽压之和。蒸汽压随外压的变化规律可通过平衡分析,利用Gibbs自由能变量相等定量考察。简单性的结果是蒸汽压会随外压增大而增大,但外压的影响甚微,通常可忽略不计。 [2]

当液体的蒸汽压达到外压时,液体即产生沸腾现象,此时的温度即在该外压下该液体的沸点。

以水为例,一个大气压(101.325kPa)下,若水温达到100摄氏度,此时水的蒸汽压正好是一个大气压,水开始沸腾,100摄氏度即是一个大气压下水的沸点。

再如,高海拔地区会出现“水烧开了饭烧不熟”的现象,这种现象的实质是水沸腾时温度远远达不到100摄氏度,继续加热也不会达到。这一现象有助于理解液体蒸汽压的特征3与4。高海拔地区空气稀少,外压低于一个大气压,依据蒸汽压的特征4,水的蒸汽压会降低,但变化很小。依据蒸汽压的特征3,随温度的升高,水的蒸汽压升高,但相对于高海拔的低外压,水此时不用达到很高的温度就可以达到高海拔的低气压,发生沸腾,造成沸点降低。这也是高山不能用水煮饭却可以用水蒸饭的原因(煮饭是利用液体水作热源加热,而液体水最高温度仅能达到沸点。蒸饭是利用水蒸气作热源,蒸汽还可以通过加热继续提高温度,达到甚至超过100摄氏度)。

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